CN204241110U - 多路复用通用型温度传感器接口电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及多路复用通用型温度传感器接口电路，其包括多个用于连接传感器的传感器输入接口、输入端数量与传感器输入接口数量相等的通道选择模块、传感器类型选择模块以及CPU，且通道选择模块的输入端与传感器输入接口一一对应连接；通道选择模块根据来自CPU输出的通道选择信号，选通相应的输入端接收传感器的测量信号，并给传感器类型选择模块传递测量信号；传感器类型选择模块根据来自CPU输出的传感器类型选择信号，选择相应的传感器类型电路，将来自通道选择模块的测量信号经相应类型处理电路处理后传递至模数转换器的输入端；模数转换器的输出端连接CPU的信号输入端。能提高通用性、经济性以及操作方便性，可以灵活接入多达八种类型的传感器。

Description

多路复用通用型温度传感器接口电路

技术领域

本实用新型涉及一种传感器接口处理电路，尤其涉及一种多路复用通用型温度传感器接口电路。

背景技术

目前，在机场、楼宇等大型建筑里面，存在大量的温度传感器或温度变送模块，这些温度传感器或温度变送模块实时监测建筑中关键部位的温度并传送到温度测控器。但由于温度传感器或温度变送模块传送的电信号类型较多，而目前用在温度检测设备中的温度传感器接口电路主要是单一类型的接口，只能适用某一种特定的信号类型，如PT100、PT1000、NTC10K、NTC100K中的一种，为了克服单一性的问题，通常采用人工跳线的方式进行信号类型的选择，这种情况往往要打开温度检测设备的外壳，操作比较麻烦，并且这种方式可以选择的传感器类型很少，主要会存在一些问题：

1、接口通用性差：同一个端口只能接入同一种温度传感器，也就是说每个端口的类型是固定的，比如只能接入PT1000，那么现场如果有NTC10K的传感器，就无能为力了。为了能将接入的类型多一些，这种测控器一般会采用端口固定配置的方法，比如一个8端口的测控器，固定4个接入PT1000，另外4个端口接入NTC10K。

2、经济性差：在大型建筑中，各种类型温度传感器的数量不等，具体配置测控器比较复杂。比如上述的8端口的测控器，4个PT1000端口，4个NTC10K端口，但现场可能有6个PT1000，2个NTC10K，这样的话就会需要用到两台测控器，但实际上却只用到了8个端口，造成了很大浪费。

3、操作性差：有些测控器为了能将同一个端口接入多种类型的温度传感器，采用跳线的方式进行选择。这种方式的局限性很大，操作不方便，因为测控器出厂时，并不知道某个端口接入传感器的类型，只有在现场进行设置，这就可能要将测控器外壳打开，再将跳线帽跳到合适的位置，如果有多种类型可以选择，那么跳线帽的位置就会有多个，在具体的操作中，跳线帽插错的机会就增大。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多路复用通用型温度传感器接口电路，其能提高相应设备的通用性、经济性以及操作方便性，可以灵活接入多达八种类型的传感器。

多路复用通用型温度传感器接口电路，包括多个用于连接传感器的传感器输入接口、输入端数量与传感器输入接口数量相等的通道选择模块、传感器类型选择模块以及CPU，且通道选择模块的输入端与传感器输入接口一一对应连接；通道选择模块用于根据来自CPU输出的通道选择信号，选通相应的输入端接收传感器的测量信号，并给传感器类型选择模块传递测量信号；传感器类型选择模块用于根据来自CPU输出的传感器类型选择信号，选择相应的传感器类型电路，将来自通道选择模块的测量信号传递至模数转换器的输入端；模数转换器的输出端连接CPU的信号输入端。

进一步的，传感器类型选择模块包括第一模拟开关及第二模拟开关；第一模拟开关包括传感器类型输出端、测量信号输入端、第一传感器类型控制端；第二模拟开关包括传感器类型输入端、测量信号输出端、第二传感器类型控制端；第一模拟开关的传感器类型输出端通过相应的传感器类型电路连接第二模拟开关对应的传感器类型输入端；第一模拟开关的测量信号输入端连接通道选择模块的输出端；第二模拟开关的测量信号输出端连接模数转换器的输入端；第一传感器类型控制端和第二传感器类型控制端均与CPU用于输出传感器类型选择信号的传感器类型信号控制端连接。

进一步的，多路复用通用型温度传感器接口电路还包括多个与传感器输入接口数量相等的滤波过压保护模块，传感器输入接口与滤波过压保护模块一一对应连接，该滤波过压保护模块包括一电解电容和一稳压管，该电解电容的正极与稳压管的负极连接，电解电容的负极及稳压管的正极均接地；传感器输入接口和通道选择模块的输入端均与对应的滤波过压保护模块的电解电容的正极连接。

进一步的，多路复用通用型温度传感器接口电路还包括用于对类型为4-20mA的传感器进行电压转换的信号预处理模块，该信号预处理模块包括译码器和数量与传感器输入接口数量相等的电压转换电路；CPU的传感器类型信号控制端和用于输出通道选择信号的通道选择信号控制端均与译码器的预处理信号输入端连接；译码器的预处理信号输出端、传感器输入接口以及通道选择模块的输入端均与电压转换电路一一对应连接，电压转换电路包括第一电阻、第二电阻、三极管；第一电阻的一端连接三极管的基极，三极管的发射极接地，译码器的预处理信号输出端连接对应电压转换电路的第一电阻的另一端，传感器输入接口和通道选择模块的输入端均通过对应电压转换电路的第二电阻连接三极管的集电极。

进一步的，多路复用通用型温度传感器接口电路还包括电平转换模块，CPU的传感器类型信号控制端和通道选择信号控制端均与该电平转换模块的电平转换信号输入端连接；通道选择模块的通道选择信号输入端、传感器类型选择模块的第一传感器类型控制端和第二传感器类型控制端均与电平转换模块的电平转换信号输出端连接。

本实用新型的有益效果是：

通过本实用新型的滤波过压保护模块、通道选择模块、传感器类型选择模块、信号预处理模块以及电平转换模块，使得测控器的每个端口可以灵活接入不同类型的传感器，操作简便，经济性强，对于一些大型建筑，需要端口较多的情况下，可以采用组网的方式使用。

附图说明

图1为本实用新型的传感器输入接口及滤波过压保护模块的电路结构图；

图2为本实用新型的通道选择模块的电路结构图；

图3为本实用新型的传感器类型选择模块、模数转换器及CPU的电路结构图；

图4为本实用新型的信号预处理模块的电路结构图；

图5为本实用新型的电平转换模块的电路结构图。

其中，1、传感器输入接口；2、滤波过压保护模块；3、通道选择模块；4、传感器类型选择模块；5、第一模拟开关；6、第二模拟开关；7、模数转换器；8、CPU；9、信号预处理模块；10、译码器；11、电压转换电路；12、电平转换模块。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

如图1至图5所示，多类型温度传感器通用接口电路，包括多个用于连接传感器的传感器输入接口1，通道选择模块3、传感器类型选择模块4、模数转换器7以及CPU8；通道选择模块3的输入端与传感器输入接口1一一对应连接；本实施例采用的传感器输入接口有八个，分别是P0-P7；通道选择模块3的输入端数量与传感器输入接口1的数量相等，通道选择模块3包括输入端(P0-P7)、通道选择信号输入端(UCV0-UCV2)、测量信号输出端(UOUT)；通道选择模块3用于根据来自CPU8输出的通道选择信号，选通相应的输入端接收传感器的测量信号，并给传感器类型选择模块4传递测量信号；传感器类型选择模块4用于根据来自CPU8输出的传感器类型选择信号，选择相应的传感器类型电路，将来自通道选择模块的测量信号传递至模数转换器7的输入端；模数转换器7的输出端连接CPU8的信号输入端。为防止干扰信号进入电路内部及抑制线路中高的电压脉冲，因此增加滤波过压保护模块2，滤波过压保护模块2的数量与传感器输入接口1的数量相等，传感器输入接口与滤波过压保护模块一一对应连接，滤波过压保护模块2包括一电解电容C和一稳压管DZ，该电解电容C的正极与稳压管DZ的负极连接，电解电容C的负极及稳压管DZ的正极均接地；传感器输入接口1、通道选择模块3的输入端均与对应的滤波过压保护模块2的电解电容C的正极连接。

本实施例的传感器类型选择模块4包括第一模拟开关5及第二模拟开关6；第一模拟开关5包括传感器类型输出端(Y0-Y7)、测量信号输入端UIN、第一传感器类型控制端(UTV0-UTV2)；第二模拟开关6包括传感器类型输入端(Y0-Y7)、测量信号输出端Z、第二传感器类型控制端(UTV0-UTV2)；第一模拟开关5的传感器类型输出端(Y0至Y7)通过相应的传感器类型电路连接第二模拟开关6对应的传感器类型输入端(Y0至Y7)；第一模拟开关5有八个独立的传感器类型信号输出端Y0至Y7，对应的第二模拟开关6有八个独立的传感器类型信号输入端Y0至Y7，传感器类型电路是指第一模拟开关5的每个传感器类型输入端连接不同的电路，并与第二模拟开关6对应的传感器类型输入端连接，第一模拟开关5的传感器类型信号输出端Y0对应第二模拟开关6的信号输入端Y0，第一模拟开关5的传感器类型信号输出端Y1对应第二模拟开关6的信号输入端Y1，以此类推，其中，型号为NTC10K、NTC100K、DI的传感器类型电路，该传感器类型输入端分别通过一电阻连接2.5V的基准电压；类型为4-20mA的传感器类型电路，则对应的传感器类型输入端通过一电阻后接地，类型为0-10V的传感器类型电路，对应的传感器类型输入端通过两个串联的电阻接地，且对应的传感器类型输出端连接在这两个串联的电阻之间。第一模拟开关5的测量信号输入端UIN连接通道选择模块的输出端UOUT；第二模拟开关6的信号输出端Z通过一电阻连接模数转换器7的输入端；第一模拟开关5的第一传感器类型控制端UTV0至UTV2)和第二模拟开关6的传感器类型控制端(UTV0至UTV2)均与CPU的传感器类型信号控制端(UTV0至UTV2)连接。第一模拟开关5和第二模拟开关6均为型号是CD4051BMT的八选一模拟开关，其分别具有三个传感器类型控制端(UTV0至UTV2)，用于接收CPU8输出的传感器类型选择信号。该模拟开关具有八个通道分时复用传感器处理电路，即用户可以设定每个通道的选通保持时间，如选通保持时间为100ms，则八个通道扫描一遍需要800ms，每100msCPU只读取一个通道的电压值。通道选择模块的型号也是CD4051BMT的八选一模拟开关，接收到CPU8输出的通道选择信号后选择当前的输入端。

由于通道选择模块3和传感器类型选择模块4最大只能通过10mA的电流，所以在测量传感器类型为4-20mA的电流信号时，需要先将输入电流转换为电压，因此增加一信号预处理模块9，该信号预处理模块9包括译码器10和电压转换电路11，电压转换电路11的数量和译码器10的预处理信号输出端的数量均与传感器输入接口1的数量相等，并且译码器10的预处理信号输出端、传感器输入接口以及通道选择模块的输入端均与电压转换电路一一对应连接，译码器10的公共地端GND接地。本实施例中，预处理信号输出端数量为八个，分别为预处理信号输出端EN0、预处理信号输出端EN1、预处理信号输出端EN2、预处理信号输出端EN3、预处理信号输出端EN4、预处理信号输出端EN5、预处理信号输出端EN6、预处理信号输出端EN7；译码器10的六个预处理信号输入端(UCO至UC2，UT0至UT2)与CPU8的三个通道选择信号输出端(UC0至UC2)和三个传感器类型信号控制端(UT0至UT2)对应连接。电压转换电路11包括第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q；第一电阻R1的一端连接三极管Q的基极，三极管Q的发射极接地，译码器10的预处理信号输出端连接对应电压转换电路11的第一电阻R1的另一端，传感器输入接口1(P0-P7)和通道选择模块3的输入端(P0-P7)均通过对应电压转换电路11的第二电阻R2三极管Q的集电极。通过该信号预处理模块9，将4-20mA的电流信号转换成通道选择模块3和传感器类型选择模块4能够接收的信号后经过通道选择模块3和传感器类型选择模块4再送到模数转换器7和CPU8。本实施例中的译码器10是型号为74HC237D的高电平有效3-8译码器，当根据CPU8的控制选择信号判断当前通道为4-20mA后，对应通道控制引脚输出高电平，控制三极管Q导通，则可以通过通道选择模块3选通其八个输入端(P0-P7)中的对应的一个电流信号流过相应的电压转换电路中的第二电阻R2，通过阻值为120欧的第二电阻R2将4-20mA信号转换为电压信号送到通道选择模块3，再通过传感器类型选择模块4的测量信号输入端UIN送到传感器类型选择模块4，由第二模拟开关6的测量信号输出端Z通过模数转换器7最终送到CPU8。

由于CD4051BMT的八选一模拟开关的八个控制端口高电平最低需要7V的电压，但CPU8输出的控制信号只有3.3V，因此需要增加一个电平转换模块12。CPU8的传感器类型信号控制端(UT0-UT2)连接该电平转换模块12的电平转换信号输入端(UT0-UT2)，CPU8的通道选择信号控制端(UC0至UC2)连接该电平转换模块12的电平转换信号输入端(UC0-UC2)，通道选择模块3的通道选择信号输入端(UCV0-UCV2)连接电平转换模块12的电平转换信号输出端(UCV0-UCV2)，传感器类型选择模块4的第一传感器类型控制端(UTV0-UTV2)和第二传感器类型控制端(UTV0-UTV2)均与电平转换模块12的电平转换信号输出端(UTV0-UTV2)连接。

CPU有六个控制端口，其中三个(UT0至UT2)经过电平转换模块12后与传感器类型选择模块4的第一模拟开关5的传感器类型信号控制端(UT0至UT2)和第二模拟开关6的传感器类型信号控制端(UT0至UT2)连接，另外三个(UC0至UC2)经过电平转换模块12后通过通道选择模块3从八个通道中选择当前的测量通道。通过增加CPU8的控制端口数量，以及增加模拟开关的个数，可以将本实施例的方案扩展到16位甚至更多的通道。

本实用新型的工作流程为：

在对温度传感器进行测量前，实现在CPU8内根据每个传感器不同的类型配置好相应的二进制编码，即不同的编码对应不同的传感器，对应不同的输入通道；要进行测量时，根据接入的传感器类型，CPU8输出对应的二进制编码控制信号，该控制信号经过电平转换后传送至通道选择模块3和传感器类型选择模块4，最后CPU8通过模数转换器7读取相应通道的电压值。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.多路复用通用型温度传感器接口电路，其特征在于：包括多个用于连接传感器的传感器输入接口、输入端数量与传感器输入接口数量相等的通道选择模块、传感器类型选择模块以及CPU，且通道选择模块的输入端与传感器输入接口一一对应连接；所述通道选择模块用于根据来自CPU输出的通道选择信号，选通相应的输入端接收传感器的测量信号，并给传感器类型选择模块传递测量信号；所述传感器类型选择模块用于根据来自CPU输出的传感器类型选择信号，选择相应的传感器类型电路，将来自通道选择模块的测量信号传递至模数转换器的输入端；所述模数转换器的输出端连接CPU的信号输入端。

2.如权利要求1所述的多路复用通用型温度传感器接口电路，其特征在于：所述传感器类型选择模块包括第一模拟开关及第二模拟开关；所述第一模拟开关包括传感器类型输出端、测量信号输入端、第一传感器类型控制端；第二模拟开关包括传感器类型输入端、测量信号输出端、第二传感器类型控制端；所述第一模拟开关的传感器类型输出端通过相应的传感器类型电路连接第二模拟开关对应的传感器类型输入端；所述第一模拟开关的测量信号输入端连接通道选择模块的输出端；所述第二模拟开关的测量信号输出端连接模数转换器的输入端；所述第一传感器类型控制端和第二传感器类型控制端均与CPU用于输出传感器类型选择信号的传感器类型信号控制端连接。

3.如权利要求2所述的多路复用通用型温度传感器接口电路，其特征在于：多路复用通用型温度传感器接口电路还包括多个与传感器输入接口数量相等的滤波过压保护模块，传感器输入接口与滤波过压保护模块一一对应连接，该滤波过压保护模块包括一电解电容和一稳压管，该电解电容的正极与稳压管的负极连接，电解电容的负极及稳压管的正极均接地；所述传感器输入接口和通道选择模块的输入端均与对应的滤波过压保护模块的电解电容的正极连接。

4.如权利要求3所述的多路复用通用型温度传感器接口电路，其特征在于：多路复用通用型温度传感器接口电路还包括用于对类型为4-20mA的传感器进行电压转换的信号预处理模块，该信号预处理模块包括译码器和数量与传感器输入接口数量相等的电压转换电路；CPU的传感器类型信号控制端和用于输出通道选择信号的通道选择信号控制端均与译码器的预处理信号输入端连接；译码器的预处理信号输出端、传感器输入接口以及通道选择模块的输入端均与电压转换电路一一对应连接，所述电压转换电路包括第一电阻、第二电阻、三极管；第一电阻的一端连接三极管的基极，三极管的发射极接地，译码器的预处理信号输出端连接对应电压转换电路的第一电阻的另一端，传感器输入接口和通道选择模块的输入端均通过对应电压转换电路的第二电阻连接三极管的集电极。

5.如权利要求4所述的多路复用通用型温度传感器接口电路，其特征在于：多路复用通用型温度传感器接口电路还包括电平转换模块，CPU的传感器类型信号控制端和通道选择信号控制端均与该电平转换模块的电平转换信号输入端连接；通道选择模块的通道选择信号输入端、传感器类型选择模块的第一传感器类型控制端和第二传感器类型控制端均与电平转换模块的电平转换信号输出端连接。